Património genético
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Património genético Célula – unidade básica de estrutura e funcionamento da vida. Existem células procarióticas e eucarióticas. As células procarióticas não possuem organelos membranares e o material celular esta espalhado pelo meio celular (nucleíode) As células eucarióticas dividem-se em células vegetais (que possuem parede celular e vacúolos de grandes dimensões e cloroplastos) e células animais (que não têm parede celular, mas apresentam centríolos e mitocôndrias). Núcleo – local onde está armazenada a informação genética, pelo que controla a actividade celular. Cariótipo – conjunto de cromossomas de uma espécie – cromossoma HUMANO 22 pares de autossomas (46, XY) e um par de cromossomas sexuais (23,X) ou (23,Y). Cromossoma – suporte da informação genética (DNA). DNA – material genético que se encontra no núcleo das células eucarióticas e espalhado no meio celular das células procarióticas. Gene – segmento de cromossoma que cont~em informação sobre uma determinada característica. Genoma – conjunto de todos os genes de uma epsécie Genótipo – constituição genética de um indivíduo relativamente a cada característica. Fenótipo – corresponde à manifestação física do genótipo. TRANSMISSÃO DE CARACTERISTICAS HEREDITÁRIAS Genética – área do conhecimento que tem como objectivo o estudo dos genes, procurando respostas para a forma como se processa a herança genética. O CONTRIBUTO DE MENDEL Gregor Mendel (1822-1884) – monge da República Checa, filho de um agricultor e com poucos recursos económicos. Estudou a hereditariedade e é considerado o pai da genética. A espécie de ervilheira Pisum sativum foi a que deu melhores resultados no estudo de Mendel da hereditariedade, pois esta planta possui uma corola fechada (impedindo a fecundação por outras espécies de plantas) e um bom conjunto de características antagónicas. Os resultados exactos obtidos por Mendel no estudo da hereditariedade devem-se, em grande parte, ao seu rigor metodológico. Podemos então falar em Procedimentos de Mendel, sendo eles divididos em três etapas. PROCEDIMENTOS DE MENDEL 1º isolamento de linhas puras; 2º cruzamento de indivíduos contrastantes, de lihas puras (cruzamentos parentais); 3º método estatístico para o tratamento de resultados obtidos.´ Linhas puras – indivíduos homozigóticos em relação à característica pretendida e que, cruzados entre si, originam uma descendência que é sempre igual entre si e a um dos progenitores, relativamente à característica considerada. Características – variações que nos ajudam a distinguir um indivíduo do outro (da mesma espécie). Características hereditárias – transmitem-se de geração em geração através da reprodução. Surgem durante o desenvolvimento e crescimento dos organismos e manifestam-se ao longo da vida. Mendel estudou então casos de: Cruzamentos de monibridismo – onde se estuda a transmissão de apenas um carácter. Cruzamentos de diibridismo – onde se estuda a transmissão de dois caracteres. MECANISMO DE TRANSMISSÃO EM MONIBRIDISMO Depois de isolar as linhas puras, Mendel realizou cruzamentos parentais recíprocos. 1) Cruzamento parental 2) 1ª geração 3) Cruzamento entre F1 PxP F1 F1 x F1 4) 2ª geração F2 Polinização cruzada (artificial) entre linhas puras Híbridos da 1ª geração Auto-polinização (natural) dos híbridos Proporção fenótipica 3:1 - proporção genotípica de 1:2:1 Conclusão Uniformdade dos híbridos – gerção F1 é uniforme em relação ao carácter em estudo, manifestando a característica de um dos progenitores. Proporções fenotípicas – na geração F2 surgem ambas as características na proporção aproximada de 3 para 1 Segundo Mendel - Cada organismo possui 2 factores que determinam uma característica; - PRINCÍPIO DA SEGREGAÇÃO FACTORIAL – na formação dos gâmetas, os factores separam-se de tal modo que cada gâmeta contém um só factor de cada par – PUREZA DOS GÂMETAS. Actualmente: - os factores de Mendel correspondem aos genes que podem apresentar formas alternativas -> ALELOS; - o conjunto de todos os genes é o GENOMA; - o genótipo é a constituição genética de um indivíduo em relação a uma certa característica; - o fenótipo é a forma como o genótipo se expressa; - um indivíduo homozigótico possui um par de genes idênticos relativamente a uma característica – todos os seus gâmetas são geneticamente idênticos; - um indivíduo genotipicamente heterozigótico possui um par de genes diferentes relativamente a uma característica – uns gâmetas possuem uma das formas alélicas e outros possuem a outra forma alélica. Para facilidade de visualização dos alelos envolvidos num cruzamento e dos seus genótipos e fenótipos obtidos podem utilizar-se vários tipos de diagramas – dos quais o mais comum é o XADREZ MENDELIANO. No xadrez mendeliano indicamos os gâmetas produzidos por cada um dos progenitores e os cruzamentos que podem resultar da fusão destes gâmetas. Através do xadrez mendeliano é possível prever os genótipos e os fenótipos dos descendentes de um cruamento, bem como a probabilidade de ocorrerem. Cruzamento-Teste ou Retrocruzamento O cruzamento teste serve para averiguar o genótipo dos indivíduos que fenotipicamente revelam a característica do alelo dominante. Consiste em cruzar esses indivíduos com indivíduos homozigóticos recessivos e depois analisar a descendência. Resultados Possíveis do cruzamento teste: 1) toda a descendência apresenta o fenótipo dominante – o progenitor desconhecido é homozigótico dominante e toda a descendência é heterozigótica; 2) 50% da descendência apresenta o fenótipo dominante e 50% apresenta o fenótipo recessivo – o progenitor desconhecido é heterozigótico, assim como a metade da descendência com fenótipo dominante, enquanto que a descendência com fenótipo recessivo é homozigótica recessiva. MECANISMO DE TRANSMISSÃO EM DIIBRIDISMO Depois de isolar linhas puras, Mendel fez cruzamentos parentais entre indivíduos pertecentes a essas linhas puras. Diibridismo 1) Cuzamento parental AALL x aall Gâmetas AL e al 2) 1ª geração (F1) AaLl Gâmetas AL, al, Al, aL 3) Cruzamento entre F1 AL x al x Al x aL 4) 2ª geração (F2) Polinização cruzada artificial entre linhas puras Diíbridos da primeira geração Auto-polinização natural dos diíbridos AALL, AALl, AAll, AaLL, Aall, Proporção fenotípica AaLl, aaLL, aall, aaLl 9:3:3:1 Diibridismo – transmissão hereditária de dois pares de alelos simultâneamente. AL aL Al al AL AALL AaLL AALl AaLl aL AaLL aaLL AaLl aaLl Al AALl AaLl AAll Aall Proporções genotípicas al AaLl aaLl Aall aall AaLl AaLL Aall aaLl AALl AALL aaLL AAll aall 4 2 2 2 2 1 1 1 1 Transmissão de 2 caracteres (2 pares de genes) em bloco: (segregação dependente de 2 pares de alelos) Os alelos responsáveis pelas duas características são transmitidos à descendência sempre juntos? Cruzamento parental Gâmetas F1 Gâmetas F2 AALL aall AL Al AaLl AL e al Ver xadrez -> AL al AL al AALL AaLl AaLl aall Proporção genotípica: 1:2:1 Proporção fenotípica: 3:1 Os resultados experimentais contradizem a hipótese que formulámos. Transmissão de 2 caracteres (2 pares de genes) de forma independente. Os alelos responsáveis pelas duas características são transmitidas à descendência de forma independente? Cruzamento parental Gâmetas F1 Gâmetas F2 AL aL Al al AL AALL AaLL AALl AaLl AALL aall AL Al AaLl AL, al, Al, aL Ver xadrez -> aL AaLL aaLL AaLl aaLl Al AALl AaLl AAll Aall al AaLl aaLl Aall aall Proporção fenotípica: 3:1 Os resultados experimentais foram muito semelhantes aos obtidos por Mendel. Os indivíduos de F1, ao produzirem os seus gâmetas, podem combinar os alelos de forma aleatória desde que cada gâmeta possua 1 alelo para cada característica – um para a cor da semente e outro para a forma da semente. Conclusão: No diibridismo os alelos comportam-se como em dois cruzamentos de monibridismo, ocorrendo simultaneamente. Princípio da segregação independente – os genes que determinam as caracteristicas diferentes distribuem-se independentemente nos gâmetas. A probabilidade de um acontecimento ocorrer é independente da sua ocorrência em tentativas anteriores. A probabilidade de dois acontecimentos independentes ocorrerem conjuntamente é igual ao produto das probabilidades de ocorrerem isoladamente. Cruzamento-teste em diibridismo - Paralelismo entre diibridismo e monibridismo também se verifica nos cruzamentos teste. Em casos de monibridismo (como este) o cruzamento teste terá de ser feito com indivíduos duplos recessivos. Proporções Genotípicas Fenotípicas Monibridismo 1:2:1 3:1 50% homozigótico 50% recessivo 50% heterozigótico 50% dominante Monibridismo Cruz. Teste Heterozigótico Homozigótico 100% heterozigótico 1:1:2:2:4:2:2:1:1 Diibridismo 100% dominante 9:3:3:1 AABB 100% dominante AaBb 25%,25%,25%,25% AABb 1/3, 1/3, 1/3 AaBB 1/3, 1/3, 1/3 Diibridismo Cruz. Teste LEIS DE MENDEL Princípios mendelianos ficam agrupados em duas leis: 1ª lei de Mendel – Lei da segregação Factorial Os dois elementos de um par de genes alelos separam-se nos gâmetas de tal modo que há probabilidade de metade dos gâmetas transportar um dos alelos e a outra metade transportar o outro alelo. 2ª lei de Mendel Durante a formação dos gâmetas, a segregação dos alelos de um gene é independente da segregação dos alelos de outro gene. DOIS GENÓTIPOS E TRÊS FENÓTIPOS Boas-noites Plantas com corolas vermelhas Plantas com corolas brancas Plantas com corolas cor-de-rosa A cor das corolas relaciona-se directamente com o seu genótipo. Situação de dominância incompleta: Pode considerar-se que se está perante uma situação de dominância incompleta quando os indivíduos heterozigóticos apresentam um fenótipo entre os dois progenitores de linhas puras. Acontece quando F1 apresenta um terceiro fenótipo. Diz-se que o alelo dominante não dominou completamente o recessivo, permitindo que ambos se expressasem no fenótipo embora parcialmente. Denominação atribuída às situações hereditárias em que os alelos de um par de genes se expressam, em conjunto, parcialmente. Fenotipicamente manifesta-se por caracteres intermediários em indivíduos heterozigóticos em relação ao gene considerado. Touros e vacas Touros com pêlo vermelho Touros com pêlo branco Touros com pêlo ruão – cinzento avermelhado Os touros cujo fenótipo é ‘ruão’ não apresentam pêlos da cor cinzento-avermelhado, mas sim pêlos vermelhos e brancos, tratando-se de uma situação de Co-Dominância. Situação de Co-dominância: Há co-dominância quando alelos do mesmo gene que se encontram num ser heterozigótico originam um fenótipo em geral intermediário entre os dos dois homozigóticos respectivos. Ocorre quando a F1 possui um fenótipo que inclui caracteres de ambos os progenitores. Neste caso não se verifica qualquer tipo de dominância de um alelo sobre o outro. Os dois alelos manifestam-se completamente no fenótipo de F1. Os alelos A e B dos grupos sanguíneos do sistema ABO de classificação do sangue são co-dominantes. TEORIA CROMOSSÓMICA DA HEREDITARIEDADE Os genes localizam-se nos cromossomas que formam pares de homólogos. O gene situa-se no locus do cromossoma. Os dois alelos que controlam um determinado carácter localizam-se em loci correspondentes nos cromossomas homólogos. Em cada par de homólogos, um é do pai e o outro é da mãe. Na meiose dá-se a segregação dos alelos. Cada gâmeta pode conter qualquer combinação de genes, visto que a segregação dos genes localizados em diferentes cromossomas é independente. O ovo é uma célula diplóide em que cada gene está representado por dois alelos, localizados em loci correspondentes nos cromossomas homólogos, um do pai, outro da mãe. Genes autossómicos localizam-se nos autossomas. Genes heterossómicos ou ligados ao sexo encontram-se nos cromossomas sexuais. EXCEPÇÕES ÀS LEIS DE MENDEL 1. Ligação factorial (2ª lei) 2. Alelos múltiplos 3. Interacções génicas 4. Hereditariedade humana (autossómica e ligada aos cromossomas sexuais) 1. Alelos múltiplos Mais de duas formas alélicas para o mesmo gene, embora cada indivíduo possua apenas duas dessas formas. Exemplo: sistema ABO Antigénios (aglutinogénios) – glicoproteínas existetes nas hemácias Anticorpos (aglutininas) – moléculas proteicas que se aglutinam a determinados aglutinogénios Tipo de Sangue Tipo A Tipo B Tipo AB Tipo O Aglutinogénios A B AeB Ausência de agutinogénios Aglutininas Anti-B Anti-A Ausência de aglutininas Anti-A anti-B Pode receber sangue Tipo A e O Tipo B e O Qualquer tipo Só pode receber do tipo O e Quando sangue com determinados antigénios entra em contacto com sangue de outros antigénios, os anticorpos existentes no plasma do sangue receptor reagem com os antigénios do sangue que foi introduzido, aglutinando-os. Por isso é que, por exemplo, o tipo de sangue A, só pode receber transferências dele próprio (sendo que as aglutininas nele contidas são do tipo anti-B) e de sangue do tipo O, já que as hemácias deste sangue são desprovidas de aglutinogénios. Exemplo: Sistema Rh Rh é um aglutinogénio. Fenótipos Genótipos Rh+ DD ou Dd Rh+Rh+ ou Rh+RhDd Rh-Rh- Rh- Antigénios Aglutininas Rh Não tem Não tem Podem formá-los(*) (*) as pessoas Rh- não possuem à partida aglutininas anti-Rh, mas podem formá-las se o seu sangue entrar em contacto com sangue Rh+ Indivíduos do grupo sanguíneo Rh+ podem receber sangue Rh+ ou Rh-, uma vez que não possuem aglutininas, o sangue não aglutina. Indivíduos do grupo sanguíneo Rh- não têm aglutininas. Assim, poderão – numa primeira transferência sanguínea – receber sangue do tipo Rh+ ou Rh-. Caso recebam do tipo Rh+, ficarão sensibilizados para este tipo de sangue, produzindo algumas aglutininas anti-Rh. Na próxima transfusão, não podem receber sangue Rh+ pois produzirão em grande escala aglutininas anti-Rh, provocando hemólise. GRAVIDEZ Mãe Rh- e filho Rh+ Se o sangue da mãe entra em contacto com o sangue do filho, o sistema imunitário da mãe passa a produzir anti-corpos anti-Rh, deixando a mãe sensibilizada para o sangue Rh+. Numa segunda gravidez, em que o sangue do bebé é também Rh+, a mãe produz imediatamente anti-corpos anti-Rh, que por serem moléculas proteícas de pequenas dimensões passam para o bebé pela placenta e este pode morrer de eritroblastose fetal – dá-se a hemólise no sangue do bebé – aglutinação e consequente destruição das hemácias pelos anti-corpos. Conclusões: Os indivíduos Rh- não possuem naturalmente anti-corpos anti-Rh, mas podem fabricá-los quando expostos ao antigénio Rh+. Um problema que se coloca durante a gravidez sendo a mãe Rh- e o filho Rh+. Actualemente existe uma vacina que inibe a actuação e produção dos anti-corpos antiRh. 2. Interacções génicas Exemplo: milho vermelho EMERSON O fenótipo dos indivíduos da geração F1 é diferente dos seus progenitores Na F2 surgem classes fenotípicas completamente diferentes das esperadas no diibridismo mendeliano (quer no aspecto qualitativo como no aspecto quantitativo). Como explicá-lo? Estão envolvidos dois pares de genes responsáveis pela produção de duas enzimas (enzima 1 e enzima 2). Enzima 1 Enzima 2 Molécula percursora molécula intermediária pigmento vermelho O pigmento vermelho surge como resultado de uma cadeia de reacções onde estão envolvidas duas enzimas. Para a produção das enzimas, o primeiro alelo tem que ser dominante, se não, não há produção de pigmentos vermelhos. Os dois genes apresentam uma complementaridade em termos funcionais. Muitas das características hereditárias não são controladas pelo material genético existente num único locus, mas sim por vários genes existentes em diferentes loci – ou mesmo em diferentes cromossomas que interactuam no estabelecimento da mesma característica. A expressão dos alelos de um locus depende dos alelos presentes no outro locus, neste caso dois ou mais genes controlam uma única característica – não são produzidas enzimas para a formação do pigmento vermelho caso o primeiro alelo de cada locus não seja dominante. Por exemplo, o milho só apresenta fenótipo vermelho quando estão presentes os dois alelos dominantes que determinam essa cor. Embora sejam dominantes não basta só um alelo! Muitas das características hereditárias dependem da interacção de vários genes. Alelos Letais Nas mais variadas espécies, existem determinados alelos que quando se reúnem em homozigotia podem conduzir à morte do seu portador, sendo por isso, designados alelos letais. Por vezes, essa combinação torna os indivíduos inviáveis, antes do nascimento, conduzindo a abortos espontâneos; outras vezes conduzem à morte antes que os seus portadores possam transmitir o seu património genético à descendência. Ambos os casos contribuem para a diminuição da frequência desses genes na população. No entanto, o facto desses genes em heterozigotia não serem letais permite a sua manutenção na população. O gene letal recessivo só provoca a morte em homozigotia. 3. Hereditariedade Humana Dificuldades na investigação sobre genética humana: -elevado número de cromossomas; -pequeno número de descendentes por geração; -longevidade do ciclo de vida; -cruzamentos experimentais não são viáveis eticamente. Técnicas de genética molecular permitiram uma análise directa dos genes e desencadearam uma verdadeira explosão de conhecimentos direccionados – sobretudo para o diagnóstico e despiste de doenças genéticas. Hereditariedade autossómica Análise de árvores genealógicas fornece informação acerca de um determinado gene responsável por uma anomalia. Com esta informação pode avaliar-se o risco de um casal ter um filho afectado por esse gene. FENILCETONÚRIA Fenilcetonúria (PKU) – anomalia ao nível do metabolismo de um aminoácido (fenilalanina – faz parte da maioria das proteínas alimentares), que é ingerido com os alimentos. Nos indivíduos afectados este aminoácido acumula-se no sangue, perturbando o desenvolvimento cerebral. Um indivíduo normal possui, num determinado locus, um gene que codifica a síntese de uma enzima que permite a conversão da fenilalanina em tirosina. Os indivíduos afectados, prossuem no mesmo locus um gene que codifica a produção de uma enzima não funcional, impedindo esta conversão. Quando um indivíduo é homozigótico recessivo em relação ao gene mutado, a fenilalanina tende a acumular-se e a formar ácido fenilpirúvico – aumenta a cc de fenilalanina e ácido fenilpirúvico no sangue – implicando graves consequências no desenvolvimento cerebral de uma criança, provocando perturbações motoras e convulções. Prevenção da PKU -diagnóstico precoce – TESTE DO PEZINHO – três dias após o nascimento são recolhidas amostras de sangue. Se o teste for positivo a criança inicia uma dieta apropriada. A PKU é determinada por um alelo autossómico recessivo – pais heterozigóticos normais têm filhos doentes. ALELO AUTOSSÓMICO RECESSIVO Homens e mulheres igualmente afectados Maioria dos descendentes afectados possui pais normais Heterozigóticos apresentam fenótipo normal Dois progenitores afectados originam uma descendencia em que todos os individuos apresentam a anomalia. ALELO AUTOSSÓMICO DOMINANTE Homens e mulheres sao igualmente afectados Anomalia tende a aparecer em todas as gerações Quando um indivíduo manifesta a anomalia, pelo menos um dos progenitores também a possui Quando um dos elementos do casal apresenta a anomalia, aproximadmente metade da sua descendencia pode ser afectada Os heterozigóticos manifestam a anomalia Hereditariedade autossómica Homens e mulheres igualmente afectados Recessiva: - Maioria dos descendentes afectados possui pais normais - Heterozigóticos apresentam fenótipo normal - Dois progenitores afectados originam uma descendência em que todos os indivíduos apresentam anomalia Dominante: - Anomalia tende a aparecer em todas as gerações - Quando um indivíduo manifesta a anomalia, pelo menos um dos progenitores também a possui - Quando um dos progenitores apresenta anomalia, aproxim. metade da descendência pode ser afectada. - Os heterozigóticos apresentam anomalia Hereditariedade ligada ao sexo Como na mulher existem dois cromossomas X os genes formam pares de alelos que funcionam como nos autossomas, ou seja, alelo recessivo só se manifesta em homozigotia. No caso do homem, os genes localizados no cromossoma X manifestam-se sempre, quer sejam dominantes ou não, uma vez que o cromossoma Y não possui alelo correspondente. Por isso é mais frequente manifestar-se uma característica recessiva no homem do que na mulher. Recessivo no cromossoma X - Não afecta igualmente homens e mulheres - Quando um homem afectado cruza com uma mulher normal, originas filhos fenotipicamente normais e filhas portadoras. - Quando uma mulher portadora cruza com um homem normal há 50% probabilidade de os filhos serem normais e 50% de probabilidade de serem afectados. As filhas são todas normais podendo 50% ser portadoras. No geral: - Um homem afectado transmite a doença a todas as suas filhas - Uma mulher afectada transmite a doença aos filhos e filhas
